Année 2005-2006 1èreS
Chap V : Limites et asymptotes
I. Limites en l’infini
1) Limite infinie à l’infini
Définition 1 : Soit fune fonction définie au moins sur un intervalle du type [a; +[:
On dit que fa pour limite +en +et on note lim
x+
f(x) = +si f(x)est aussi
grand que l’on veut dès que xest assez grand ( Lorsqu’on dit grand, on sous-entend
positif ).
faire le lien avec tableau de variations
Exemple : lim
x+
x= +;lim
x+
x2= +;lim
x+
x3= +;lim
x+
x= +
On définit de même lim
x+
f(x) = −∞ par f(x)est aussi grand dans les négatifs que l’on veut dès
que xest assez grand.
On définit encore de manière analogue lim
x→−∞
f(x) = +,lim
x→−∞
f(x) = −∞ (attention toutefois à
l’ensemble de définition).
Exemple : lim
x→−∞
x=−∞;lim
x→−∞
x2= +;lim
x→−∞
x3=−∞
2) Limite finie à l’infini
Définition 2 : Soit fune fonction définie au moins sur un intervalle du type [a; +[:
On dit que fa pour limite 0en +et on note lim
x+
f(x) = 0 si f(x)est aussi
petit que l’on veut dès que xest assez grand ( Lorsqu’on dit petit, on sous-entend
proche de zéro ).
On définira de même : lim
x→−∞
f(x) = 0.
Exemple : lim
x+
1
x= 0;lim
x+
1
x2= 0;lim
x+
1
x3= 0;lim
x+
1
x= 0
Exemple : lim
x→−∞
1
x= 0;lim
x→−∞
1
x2= 0;lim
x→−∞
1
x3= 0
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On peut à présent définir une limite quelconque en l’infini :
Définition 3 : Soit fune fonction définie au moins sur un intervalle du type [a; +[:
Avoir lim
x+
f(x) = lest équivalent à avoir lim
x+[f(x)l] = 0
Remarque : lim
x+
f(x) = lf(x) = l+ε(x)avec lim
x+
ε(x) = 0.
démonstration
Remarque : Une fonction n’a pas nécessairement de limite (finie ou infinie) lorsque xtend vers
+:
fdéfinie sur Rpar f(x) = cos(x)n’a de limite ni en −∞ ni en +.
II. Limite en un point a
1) Limite en 0
Définition 4 : Soit fune fonction définie au moins sur un intervalle ouvert en 0:
Si f(x)est aussi grand (positif) que l’on veut dès que xest assez proche de 0, on
dit que fa pour limite +en 0et on note lim
x0f(x) = +.
(On définit de même lim
x0f(x) = −∞.)
Exemple : lim
x0
1
x2= +lim
x0
1
x= +.
Remarque : Une fonction peut avoir une limite différente à gauche et à droite de 0, on notera
alors :
lim
x0
x > 0
1
x= +et lim
x0
x < 0
1
x=−∞ ou encore lim
x0
x > 0
1
x3= +et lim
x0
x < 0
1
x3=−∞
On note également parfois : lim
x0+
1
x3= +.
Définition 5 : Soit fune fonction définie au moins sur un intervalle ouvert en 0:
Si f(x)est aussi petit que l’on veut (proche de 0) dès que xest assez proche de 0,
on dit que fa pour limite 0en 0et on note lim
x0f(x) = 0.
Exemple : lim
x0x= 0;lim
x0x2= 0;lim
x0x3= 0;lim
x0x= 0
Définition 6 : Soit fune fonction définie au moins sur un intervalle ouvert en 0:
On dit que fa pour limite len 0lorsque la fonction x7→ f(x)la pour limite 0
en 0.
Remarque : On peut traduire mathématiquement cette définition par
lim
x0f(x) = llim
x0f(x)l= 0
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2) Limites en aR
Définition 7 : Soit fune fonction définie sur un intervalle ouvert en a, on dit que fa une limite
en asi la fonction h7→ f(a+h)a une limite en 0et alors :
lim
xaf(x) = lim
h0f(a+h)
Exemple : On a lim
x11 + 1
(x1)2= lim
h01 + 1
h2= +.
Remarque : lim
xaf(x) = lf(x) = l+ε(x)avec lim
xaε(x) = 0.
Remarque : Si aDfet si lim
xaf(x)existe, alors lim
xaf(x) = f(a).
Exemple : Si a > 0,lim
xax=a.
Si Pest un polynôme, lim
xaP(x) = P(a).
Si Rest une fraction rationnelle définie en a,lim
xaR(x) = R(a).
III. Opérations sur les limites
Dans toute cettte partie les limites des fonctions fet gsont (( aux mêmes points )) à savoir +,
−∞ ou aR.
1) Somme
On a le tableau récapitulatif suivant :
lim f(x) = l l l +∞ −∞ +
lim g(x) = l+∞ −∞ +∞ −∞ −∞
lim f(x) + g(x)=l+l+∞ −∞ +∞ −∞ F.I
2) Produit
On a le tableau récapitulatif suivant :
lim f(x) = l l > 0l < 0l > 0l < 0 +∞ −∞ +0
lim g(x) = l+ −∞ +∞ −∞ −∞ +ou −∞
lim f(x)×g(x)=ll+∞ −∞ −∞ +++∞ −∞ F.I
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3) Quotient
On a le tableau récapitulatif suivant :
lim f(x) = + −∞ ±∞ l < 0ou −∞ l > 0ou +0
lim g(x) = l>0l<0l>0l<0±∞ 0+00+00
lim f(x)
g(x)=+∞ −∞ −∞ +F.I +∞ −∞ −∞ +F.I
Remarque : 0+(resp. 0+) indique que la limite est nulle et que la fonction reste positive (resp.
négative).
Il y a quatre formes indéterminées : +∞ − ∞;0× ∞;
;0
0
Remarque : Avec ces régles de calcul et quelques transformations on peut trouver n’importe quelle
limite.
Exemple : On cherche lim
x+x33x2+ 4x+ 1.
Si on voit ce polynôme comme une somme de monômes on obtient une F.I. du type
+∞ − ∞ mais on peut toujours écrire x33x2+ 4x+ 1 = x313
x+4
x2+1
x3
avec lim
x+
x3= +et lim
x+13
x+4
x2+1
x3= 1 0 + 0 + 0 = 1 par somme
des limites. On a donc, par produit des limites, lim
x+x33x2+ 4x+ 1= +vu
comme (( 1×+)).
A faire en TD : cas des polynômes et des fractions rationnelles.
IV. Interprétation graphique et asymptotes
1) Asymptote horizontale
Si lim
x+
f(x) = l,
pour Met Ples points d’abscisses x, lorsque xprend des valeurs de plus en plus grandes, la distance
P M tend vers 0:
On dit alors que la droite Dd’équation y=lest asymptote horizontale à la courbe Cfau voisinage
de +.
Interprétation graphique pour lim
x→−∞
f(x) = l
0
1
2
3
012345678
x
y
x
lD
Cf
P
M
Remarque : On peut définir de même l’asymptote d’équation y=len −∞ si lim
x→−∞
f(x) = l
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2) Asymptote verticale
Si lim
xaf(x) = ±∞,
on dit que la droite Dd’équation x=aest asymptote verticale à la courbe Cf.
Pet Msont ici les deux points de même ordonnée et la distance P M tend vers zéro lorsque cette
ordonnée de Pet Mtend vers +.
Interprétation graphique pour lim
xaf(x) = −∞
0
1
2
3
4
0123
x
y
a
D
Cf
P M
3) Asymptote oblique
Définition 8 : Soit fune fonction définie sur un intervalle du type [α; +[, s’il existe deux réels a
et btels que lim
x+[f(x)(ax +b)] = 0 on dira que la droite Dd’équation y=ax+b
est asymptote oblique àCfau voisinage de +.
Remarque : La méthode de détermination est H.P.
On a nécessairement lim
x+
f(x) = +
Interprétation graphique, avec Pet
Mles deux points d’abscisses x, pour
lim
x+[f(x)(ax +b)] = 0
0
1
2
3
4
012345678
x
y
x
D
Cf
P
M
On peut de même définir une asymptote oblique au voisinage de −∞ si lim
x→−∞ [f(x)(ax +b)] = 0.
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